Enunciado

Um tanque rígido fechado equipado com um agitador contém nitrogênio (N2), inicialmente a 540°R (26,8°C), 20 lbf/in2 (137,9 kPa) e um volume de 2 ft3 (0,06 m3). O gás é agitado até que sua temperatura seja de 760°R (149,1°C). Durante esse processo ocorre uma transferência de calor de 1,6 Btu (1,7 kJ) de magnitude, do gás para sua vizinhança. Admitindo comportamento de gás ideal, determine para o nitrogênio a massa, em lb, e o trabalho, em Btu. Os efeitos das energias cinética e potencial são desprezíveis.

Passo 1

Ooopa, beleza?

Vamos lá pra mais uma questão bem interessante de termodinâmica!

Passo 2

É dado que:

  • V = 2   f t 3
  • T 1 = 540 ° R
  • T 2 = 760 ° R
  • p 1 = 20   l b f / i n 2
  • Q = - 1,6   B t u

Passo 3

Calculando a massa do nitrogênio usando a lei de gás ideal

m = p V R T = 20   l b f / i n 2 2   f t 3 1545   f t ⋅ l b f / l o b m o l ⋅ ° R / 28,01   l b / l b m o l 540 ° R 144   l b f / f t 2 1   l b f / i n 2

→ m = 0,1934   l b

Passo 4

Para achar o trabalho, fazemos o balanço de energia

Q - W = Δ U

Da tabela de propriedades de gases selecionados, temos

  • T 1 = 540 ° R → u - 1 = 2678,0   B t u / l b ⋅ m o l
  • T 2 = 76 0 ° R → u - 2 = 3774,9   B t u / l b ⋅ m o l

Substituindo no balanço de energia, temos

W = Q - m u - 2 - u - 1 M

= - 1,6   B t u - 0,1934   l b 3774,9   B t u / l b m o l - 2678,0   B t u / l b m o l 28,01   l b / l b m o l

→ W = - 9,174   B t u

O sinal negativo indica que o trabalho é feito no sistema

Resposta

m = 0,1934   l b

W = 9,174   B t u

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